Γνωρίστε τον «παρτενέρ» του μικροβιώματος: Το κρυφό βασίλειο των ιών που ζουν στο έντερό σας

Πιθανότατα έχετε ακούσει για το μικροβίωμα –τις ορδές βακτηρίων και άλλων μικροσκοπικών μορφών ζωής που ζουν στα έντερά μας. Λοιπόν, αποδεικνύεται ότι αυτά τα βακτήρια έχουν ιούς που υπάρχουν μέσα και γύρω τους -με σημαντικές συνέπειες τόσο για αυτά όσο και για εμάς.

Γνωρίστε το φαγέσωμα

Υπάρχουν δισεκατομμύρια, ίσως ακόμη και τρισεκατομμύρια αυτών των ιών, γνωστών ως βακτηριοφάγων ή απλώς «φάγων» για τους φίλους τους, μέσα στο ανθρώπινο πεπτικό σύστημα. Η επιστήμη των φαγεσωμάτων έχει εκτοξευθεί στα ύψη πρόσφατα, λέει ο Breck Duerkop, βακτηριολόγος στην Ιατρική Σχολή Anschutz του Πανεπιστημίου του Κολοράντο, και οι ερευνητές αγωνίζονται να αντιμετωπίσουν την τεράστια ποικιλομορφία τους.

Οι ερευνητές υποψιάζονται ότι αν οι γιατροί μπορούσαν να αξιοποιήσουν ή να στοχεύσουν τους σωστούς φάγους, ίσως να μπορούσαν να βελτιώσουν την ανθρώπινη υγεία.

«Θα αποδειχθεί ότι υπάρχουν καλοί και κακοί φάγοι», λέει ο Paul Bollyky, γιατρός λοιμωδών νοσημάτων και ερευνητής στο Stanford Medicine. Αλλά προς το παρόν, δεν είναι ακόμη σαφές πόσοι φάγοι καταλαμβάνουν το έντερο -ίσως ένας για κάθε βακτηριακό κύτταρο, ή ακόμη λιγότεροι.

Υπάρχουν επίσης βακτήρια που περιέχουν γονίδια φάγων αλλά δεν παράγουν ενεργά ιούς -τα βακτήρια απλώς ζουν τη ζωή τους με το DNA των φάγων να συνοδεύει το γονιδίωμά τους.

Και υπάρχουν πολλοί φάγοι που δεν έχουν ακόμη ταυτοποιηθεί. Οι επιστήμονες τα αποκαλούν «σκοτεινή ύλη» του φαγεσωματικού συστήματος. Ένα μεγάλο μέρος της τρέχουσας έρευνας για τους φάγους είναι η ταυτοποίηση αυτών των ιών και των βακτηρίων-ξενιστών τους.

Η βάση δεδομένων Gut Phage Database περιέχει περισσότερους από 140.000 φαγούς, αλλά αυτό είναι σίγουρα υποεκτίμηση. «Η ποικιλία τους είναι απλά εξαιρετική», λέει ο Colin Hill, μικροβιολόγος στο University College Cork στην Ιρλανδία.

Οι επιστήμονες βρίσκουν τους φάγους κοσκινίζοντας γενετικές αλληλουχίες που συλλέγονται από δείγματα ανθρώπινων κοπράνων. Εκεί οι ερευνητές βρήκαν την πιο κοινή ομάδα φάγων του εντέρου, που ονομάζεται crAssphage. (ονομάστηκε έτσι λόγω της τεχνικής «cross-assembly» με την οποία τα γονίδιά τους βγήκαν από το γενετικό συνονθύλευμα).

Σε μια πρόσφατη μελέτη, ο Hill και οι συνεργάτες του περιέγραψαν λεπτομερώς ένα σχήμα λαμπτήρα για τους crAssphages, με ένα σώμα 20 πλευρών και ένα στέλεχος για την έγχυση DNA σε βακτήρια-ξενιστές.

Το έντερο είναι ένα οικοσύστημα, όπως το δάσος, και οι φάγοι είναι θηρευτές βακτηρίων, όπως οι λύκοι είναι θηρευτές ελαφιών. Το έντερο χρειάζεται τους φαγούς όπως το δάσος τους λύκους.

Δεν είναι σαφές αν οι crAssphages κάνουν τη διαφορά στην ανθρώπινη υγεία, αλλά δεδομένου ότι μολύνουν μια από τις πιο κοινές ομάδες βακτηρίων του εντέρου, τα Bacteroides, ο Hill δεν θα εκπλαγόταν αν το έκαναν.

Άλλες κοινές ομάδες, οι οποίες επίσης μολύνουν τα Bacteroides, περιλαμβάνουν τον Gubaphage (φάγος των βακτηριοειδών του εντέρου) και τον LoVEphage (πολλά ιογενή γενετικά στοιχεία).

Τα φαγεσωμικά ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό από άτομο σε άτομο. Αλλάζουν επίσης ανάλογα με την ηλικία, το φύλο, τη διατροφή και τον τρόπο ζωής, όπως περιέγραψαν ο Hill και οι συνεργάτες του στην Ετήσια Επιθεώρηση Μικροβιολογίας 2023.

Αν και οι φάγοι μολύνουν βακτήρια και μερικές φορές τα σκοτώνουν, η σχέση είναι πιο περίπλοκη από αυτό. «Συνηθίζαμε να πιστεύουμε ότι οι φάγοι και τα βακτήρια μάχονται», λέει ο Hill, “αλλά τώρα ξέρουμε ότι στην πραγματικότητα χορεύουν- είναι συνεργάτες”.

Οι φάγοι μπορούν να ωφελήσουν τα βακτήρια φέρνοντας νέα γονίδια. Όταν ένα σωματίδιο φάγου συναρμολογείται μέσα σε ένα μολυσμένο βακτήριο, μπορεί μερικές φορές να βάλει βακτηριακά γονίδια στο πρωτεϊνικό του κέλυφος μαζί με το δικό του γενετικό υλικό. Αργότερα, εκτοξεύει αυτά τα γονίδια σε έναν νέο ξενιστή, και αυτά τα γονίδια που μεταφέρονται κατά λάθος θα μπορούσαν να είναι χρήσιμα, λέει ο Duerkop.

Μπορεί να παρέχουν ανθεκτικότητα στα αντιβιοτικά ή την ικανότητα πέψης μιας νέας ουσίας. Οι φάγοι κρατούν τους βακτηριακούς πληθυσμούς σε φόρμα με το να τους τσιμπολογούν συνεχώς, λέει ο Hill.

Τα βακτήρια Bacteroides μπορούν να εμφανίσουν έως και δώδεκα τύπους ζαχαρούχων επιστρώσεων στην εξωτερική τους επιφάνεια. Τα διαφορετικά επιστρώματα έχουν διαφορετικά πλεονεκτήματα: να αποφεύγουν το ανοσοποιητικό σύστημα, ας πούμε, ή να καταλαμβάνουν μια διαφορετική γωνιά του πεπτικού συστήματος.

Αλλά όταν υπάρχουν κροσφάγοι, λέει ο Hill, οι Bacteroides πρέπει να αλλάζουν συνεχώς επίστρωμα για να αποφύγουν τους φαγούς που αναγνωρίζουν το ένα ή το άλλο επίστρωμα. Το αποτέλεσμα: ανά πάσα στιγμή υπάρχουν Βακτηρίδια με διαφορετικούς τύπους περιβλήματος, επιτρέποντας στον πληθυσμό στο σύνολό του να καταλαμβάνει ποικίλες θέσεις ή να αντιμετωπίζει
νέες προκλήσεις.

Οι φάγοι εμποδίζουν επίσης τους βακτηριακούς πληθυσμούς να ξεφύγουν από τον έλεγχο. Το έντερο είναι ένα οικοσύστημα, όπως το δάσος, και οι φάγοι είναι θηρευτές βακτηρίων, όπως οι λύκοι είναι θηρευτές ελαφιών. Το έντερο χρειάζεται τους φαγούς όπως το δάσος τους λύκους.

Όταν αυτές οι σχέσεις θηρευτή-θηράματος μεταβάλλονται, μπορεί να προκύψει ασθένεια: οι ερευνητές έχουν παρατηρήσει αλλαγές στο φαγεσωμικό οικοσύστημα στο σύνδρομο φλεγμονώδους εντέρου (IBS), στη νόσο του ευερέθιστου εντέρου και στον καρκίνο του παχέος εντέρου -το ιικό οικοσύστημα κάποιου με IBS είναι συχνά χαμηλό σε ποικιλομορφία, για παράδειγμα.

Οι άνθρωποι προσπαθούν να επαναφέρουν την ισορροπία του μικροβιώματος του εντέρου με δίαιτες ή, σε ακραίες ιατρικές περιπτώσεις, με μεταμοσχεύσεις κοπράνων. Η αντιμετώπιση των φάγων θα μπορούσε να προσφέρει μια πιο λεπτομερή προσέγγιση, λέει ο Hill.

Για παράδειγμα, οι επιστήμονες αναζητούν φάγους που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν θεραπευτικά για να μολύνουν τα βακτήρια που προκαλούν έλκος στομάχου.

Ίσως θα έπρεπε να είμαστε ευγνώμονες για τα τρισεκατομμύρια των φάγων που διαχειρίζονται το οικοσύστημα του εντέρου. Χωρίς αυτούς, προτείνει ο Hill, μερικά είδη βακτηρίων θα μπορούσαν γρήγορα να κυριαρχήσουν -με αποτέλεσμα να μην μπορείτε να χωνέψετε κάποιες τροφές και να υποφέρετε από αέρια και φούσκωμα.

Το άγριο και θαυμαστό φαγέσωμα είναι ένας χορευτικός εταίρος για τα βακτήρια και τους ανθρώπους.

• βακτήριο
• έντερο
• ϊός
• μικροβίωμα